SINUMERIK 840D編程指令在維修改造中的應用

胡建國

編程指令是組成數控程序的核心，是實現數控機床運行的語言。基本的編程指令包括：準備功能G指令、坐標字、進給功能F、主軸功能S、刀具功能T、刀具補償號D、輔助功能M等。在設備維修改造中，可以充分利用這些編程指令提高設備的性能，以下是在上海電氣核電設備有限公司生產實踐中的應用。

1.SINUMERIK 840D編程指令

SINUMERIK 840D不僅包括DIN/ISO標準的編程指令，還提供了系統特有的指令。這些特殊指令不僅可實現復雜工件的編程，還為設備維修改造實現特殊功能提供了方便。使用這些特殊指令可以實現包括進給軸扭矩限制、改善跟隨誤差及加工程序與PLC交互等功能。

2.扭矩限制指令實現深孔鉆削保護

FXS（選擇/不選擇運行到固定擋塊）和FXST（設置夾緊扭矩百分比）指令組合使用可以實現對最大扭矩的控制及為裝夾工件產生所要求的功率，如尾架、套筒和夾具，還可以返回機械參考點。利用足夠的減速扭矩，不用連接探頭執行簡單的測量工作。

HTB-III數控三軸深孔鉆床是核電蒸汽發生器管板深孔加工的關鍵設備，管板的群孔深孔加工是核電設備制造中的高難技術之一。深孔加工是在封閉或半封閉條件下進行的，很難實時觀察到加工狀況，只有通過對設備進給軸及主軸監控、控制才能保證深孔的質量。在對HTB-III數控三軸深孔鉆床的改造中，通過NC-VAR取出相關數據，并設置報警，確保深孔質量。但在實際應用中，深孔加工在不同階段，鉆入母材、不同材料及鉆出時均有不同的切削參數，進給各軸的扭矩也有顯著的差別。需要在鉆削中控制進給軸的扭矩，在加工程序中加入扭矩限制功能。

FXS[Z1]=1，即設置Z1軸選擇“運行到固定擋塊”，FXST[Z1]=××，即設置Z1軸最大夾緊扭矩為××%，使用該指令實現在鉆削力大于設置值時，進給軸停止功能，避免因刀刃損壞引起深孔的損傷。在有關的診斷畫面可以實時監控該軸的扭矩限制值。

…

N50 IF R802

N60 G01 G90 Z1=R800 F=R801 FXS[Z1]=1 FXST[Z1]=30；Z1軸扭矩限制生效，限制為30%（鉆削進入管板堆焊層）

…

N160 PRO1:G01 G90 Z1=R803 F=R801 FXS[Z1]=1 FXST[Z1]=20；Z1軸扭矩限制生效，限制為20%（完成堆焊層鉆削，進入母材）

…

N340 FXS[Z1]=0；取消Z1軸扭矩限制，極限值為系統默認800%

…

3.前饋控制及加速度性能指令實現剛性攻絲

FFWON/FFWOF（接通/取消前饋控制）指令是通過提高軸增益，減少軸跟隨誤差，實現軸運行精準位置控制。BRISK/SOFT/DRIVE（跳躍/沖擊限制/降低式的軸加速度）指令是分別實現軸加速的快速、穩定或緩慢的加速性能。

一臺捷克SKODA HCW4-300落地式鏜銑床使用剛性攻絲G331功能時，出現25050報警，即C軸輪廓監控報警。在剛性攻絲開始時，由診斷畫面可知，C軸伺服增益為0.3，出現報警時跟隨誤差逐漸增大至MD36400設置的報警門限值，C軸啟動時有機械沖擊聲響。根據診斷說明書，修改MD32200增益系數，使Kv為1，此時主軸旋轉出現振蕩現象，無法通過修改該參數提高增益減少跟隨誤差。

報警原因是由于C軸為Φ300mm的鏜軸，轉動慣量較大，設定的增益過低，造成跟隨誤差累計超過誤差設定值，需要在不修改MD32200參數的前提下提高伺服增益。在編程參數中西門子CYCLE 84剛性攻絲循環指令調用了“前饋控制指令FFWON”和“加速性能SOFT”功能。在調用CYCLE 84循環程序時，監控C軸增益為10左右，跟隨誤差控制在極小的范圍內，C軸啟動平緩。為開啟預控制指令，首次需要修改C軸相關參數，MD32620前饋控制方式設為1，表明使用速度前饋方式；MD32630設置為1，用零件程序激活/關閉前饋控制功能。在原加工程序中主軸定位后加入FFWON及SOFT指令提高C軸增益、改善加速性能。

…；各軸定位，C軸不旋轉

N50 SPOS=0；C軸定位，準備攻絲

N60 FFWON；激活前饋控制

N70 SOFT；柔性加速

N80 G331 Y62 J4 S20；C軸20r/min速度攻螺距4mm的螺紋

N90 G331 Y0 J4；C軸反向退出

N100 G4 F10 ；暫停10s，清除鐵屑

N110 FFWOF；關閉前饋控制

…

4.NCK-PLC交互信號的應用

在一些特殊工藝的數控加工程序中，需要設備滿足特定條件才能執行程序，或在某段程序中需要屏蔽某些條件，雖然可以通過只修改PLC程序實現這些功能，但會造成PLC程序過于復雜，加工程序編寫復雜缺乏靈活性等問題。SINUMERIK 840D的NCK-PLC數據交換功能，可以便捷地實現上述功能：$A_IN[n]，PLC 輸出信號至 NCK；$A_OUT[n]，NCK輸出信號至PLC。

以EPR蒸汽發生器管板深孔加工為例，AREVA公司工藝要求鉆桿回退階段主軸旋轉并高速回退，而公司的TBT數控三軸深孔鉆床設計為主軸停止時高速回退，并在主軸運行時檢測冷卻液壓力，報警需要用REST鍵消除，不能滿足工藝要求。通過修改設備的加工程序及PLC程序實現工藝要求，改造后只需在加工程序中調用/不調用$A_OUT[1]即能實現對冷卻液壓力的監控/屏蔽，實現了編程的靈活性，滿足了不同的加工工藝的要求。

修改$A_OUT[n]數量參數MD10360為3，建立3個NCK輸出信號至PLC，分別用于3根主軸。以一號軸改造為例，對加工程序及PLC程序分別做如下修改：

（1）原加工程序

...；完成鉆削

N510 M5；主軸停止

N520 M09；冷卻液停止

N530 G90 G00 Z1=ARBST+SICHABS；高速回退

...

（2）PLC原程序

FC 6O NW8

A M24.2//REST按鈕按下

=L12.0

//冷卻液壓力報警消除

（1）修改后加工程序

...；完成鉆削

N510 S1=100；主軸減速至100r/min

N515$A_OUT[1]=1；屏蔽壓力監控

N520 M09；冷卻液停止

N530 G90 G01 Z1=ARBST+SICHABS；高速回退

N535 M5；主軸停止

N537$A_OUT[1]=0

；恢復壓力監控

（2）修改后PLC程序

FC 6O NW8

A（

O M24.2//REST按鈕按下

O DB60.DBX64.0

//$A_OUT[1]=1時屏蔽報警

）

=L 12.0//冷卻液壓力報警消除

5.結論

SINUMERIK 840D編程指令不僅在加工中應用，還可以廣泛應用于維修改造中。掌握這些特殊指令，將之靈活運用，可以大幅降低維修改造成本，提高設備性能。

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